(57)【要約】【課題】  基板の剛性を高めることにより、発光素子モジュールの機械的な信頼性を高め得る発光素子実装用ホーロー基板及び該基板に発光素子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュールを有する照明装置、表示装置及び交通信号機の提供。  【解決手段】  コア金属の表面にホーロー層が被覆されてなる発光素子実装用ホーロー基板であって、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板。この発光素子実装用ホーロー基板に発光素子が実装されてなる発光素子モジュール。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア金属の表面にホーロー層が被覆されてなる発光素子実装用ホーロー基板であって、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板。
【請求項２】
発光素子を実装する反射カップ部を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子実装用ホーロー基板。
【請求項３】
前記反射カップ部が設けられた発光素子実装面に、電極がパターン形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子実装用ホーロー基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子実装用ホーロー基板に発光素子が実装されてなる発光素子モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子モジュールを有する照明装置。
【請求項６】
請求項４に記載の発光素子モジュールを有する表示装置。
【請求項７】
請求項４に記載の発光素子モジュールを有する交通信号機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す。）などの発光素子を複数個実装するための発光素子実装用ホーロー基板に関し、特に、基板の剛性を高めることにより、発光素子モジュールの機械的な信頼性を高め得る発光素子実装用ホーロー基板及び該基板に発光素子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュールを有する照明装置、表示装置及び交通信号機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、細長い基板にＬＥＤを複数並べて実装してなる発光素子モジュールが、プリンターヘッド、照明機器、液晶表示装置のバックライトなどに適用されている。この種の発光素子モジュールの一例を図１に示す。この発光素子モジュール３は、細長い基板２を用意し、砲弾型や表面実装型パッケージのＬＥＤ１を半田等で基板２上に多数配列し固定する方法により製造されている。
【０００３】
しかしながら、近年、発光素子モジュールに要求される発光強度が高まるにつれ、さらに多数のＬＥＤを実装したり、あるいは一個あたりのＬＥＤに対して大電流を流す手法が採られつつある。この場合、ＬＥＤを実装した基板からの放熱性が重要となり、何らかの放熱対策を施さない場合、機器全体の発熱、発光素子の故障など長期信頼性が問題となる。このような問題を解決するため、放熱性の高い金属基板上に発光素子を直接実装する方式（チップ・オン・ボード方式）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３０８５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の実施例に記載されているようなアルミ積層基板の放熱性は十分といえるものの、細長い形状の基板として用いた場合、基板の剛性が低いという問題がある。アルミ材料は従来から提供されているガラスエポキシ基板よりは剛性が高いと言えるが、基板の厚みを低減したい場合など、十分な剛性を有しているとは言えない。例えば、基板上に直接発光素子を銀ペースト、半田などにより電極上に固定したのち、金線を対極の電極にワイヤボンドにより固定した場合を考えてみると、基板全体が折れ曲がるような応力が加わった場合、その基板が曲がり方によって、接続部等に変形等が生じ、最悪では金線が破断して不点灯となる可能性がある。特に細長い基板は、それを機器に取り付ける場合、作業者の手や機械でもその持ち方を十分考慮しないと、基板全体が撓る応力が加わり易い。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、基板の剛性を高めることにより、発光素子モジュールの機械的な信頼性を高め得る発光素子実装用ホーロー基板及び該基板に発光素子を実装した発光素子モジュール及び該発光素子モジュールを有する照明装置、表示装置及び交通信号機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、コア金属の表面にホーロー層が被覆されてなる発光素子実装用ホーロー基板であって、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする発光素子実装用ホーロー基板を提供する。
【０００７】
本発明の発光素子実装用ホーロー基板において、発光素子を実装する反射カップ部を有していることが好ましい。
【０００８】
本発明の発光素子実装用ホーロー基板において、前記反射カップ部が設けられた発光素子実装面に、電極がパターン形成されていることが好ましい。
【０００９】
また本発明は、本発明に係る前記発光素子実装用ホーロー基板に発光素子が実装されてなる発光素子モジュールを提供する。
【００１０】
また本発明は、本発明に係る前記発光素子モジュールを有する照明装置、表示装置及び交通信号機を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子実装用ホーロー基板は、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上のものなので、剛性が高く、発光素子を実装後に基板全体が折れ曲がるような応力が加わった場合の不点灯の発生率を低下させることができるので、機械的な信頼性の高い発光素子モジュールを作製することができる。
本発明の発光素子モジュールは、前述した剛性に優れた発光素子実装用ホーロー基板に発光素子を実装してなるものなので、基板全体が折れ曲がるような応力が加わった場合の不点灯の発生率が低くなり、機械的な信頼性が高い。また、放熱性の良好なホーロー基板を用いているので、発光素子を多数実装することができ、高い光量が必要な分野など、発光素子モジュールの使用用途を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図２は、本発明に係る発光素子実装用ホーロー基板の一実施形態を示す図である。本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板１１は、コア金属４の表面がガラスからなる薄いホーロー層５によって被覆されてなり、その上面（発光素子実装面）には発光素子を実装するための反射カップ部７が設けられている。また、該反射カップ部７が設けられた発光素子実装面には、銀ペーストや銅ペーストを印刷し、焼き付けることで形成された電極６が設けられている。
【００１３】
本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板１１は、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上になっている。
基板の縦横比が２０倍を超えると、基板が細くなりすぎて、極端に撓みやすくなり、発光素子を実装後に基板が撓むことで、発光素子が不点灯になる確率が高くなる。また、板厚が１．０ｍｍ未満であると、やはり極端に撓みやすくなり、発光素子を実装後に基板が撓むことで、発光素子が不点灯になる確率が高くなる。
【００１４】
発光素子実装用ホーロー基板１１を構成するコア金属４の材料としては、表面にホーロー層５を強固に形成可能な金属であればよく、特に限定されず、例えば低炭素鋼板などが用いられる。また、コア金属４を覆っているホーロー層５は、ガラス粉末などを焼き付けて形成されている。
【００１５】
ホーロー基板を構成する場合、コア金属４として一般的な低炭素鋼の曲げ剛性は、３．５×１０１１Ｎ／ｍ２であり、一方アルミニウムは１．２×１０１１Ｎ／ｍ２であり、低炭素鋼はアルミニウムに比べて剛性が高い。また、このホーロー基板は、放熱性の良いコア金属４にガラスからなる薄いホーロー層５を被覆した構造になっているので、放熱性は十分といえる。
【００１６】
この発光素子実装用ホーロー基板１１の発光素子実装面に設けられた反射カップ部７は、平坦な底面とスロープ面とからなる溝状、またはすり鉢形状に形成されている。このスロープ面の傾斜角度（底面とスロープ面のなす角度）は１０°〜９０°程度、好ましくは４０°〜９０°程度とされる。
【００１７】
本実施形態の発光素子実装用ホーロー基板１１は、基板の縦横比が２０倍以下であり、且つ板厚が１．０ｍｍ以上のものなので、剛性が高く、発光素子を実装後に基板全体が折れ曲がるような応力が加わった場合の不点灯の発生率を低下させることができ、機械的な信頼性の高い発光素子モジュールを作製することができる。
【００１８】
図３は、本発明に係る発光素子モジュールの一実施形態を示す図である。本実施形態の発光素子モジュール１０は、前述した発光素子実装用ホーロー基板１１の反射カップ部７内に発光素子１２を実装して構成されている。
【００１９】
この発光素子実装用ホーロー基板１１に実装される発光素子１２としてはＬＥＤが好ましい。発光素子モジュール１０を照明装置に適用する場合、発光素子１２としては白色ＬＥＤが好ましい。この白色ＬＥＤとしては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体から作られた青色ＬＥＤと、青色光により励起されて黄色など青色以外の可視光を発する１種又は２種以上の蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤなどを用いることが望ましい。なお、前記蛍光体は、基板に実装した発光素子１２を封止するための透明樹脂中に混合、分散させて用いることが望ましい。
【００２０】
本実施形態の発光素子モジュール１０において、発光素子１２は、反射カップ部７底面上に実装されている。発光素子１２の一方の電極端子は一方の電極６と電気的に接続され、また発光素子１２の他方の電極端子は、金線８（ボンディングワイヤ）によって隣り合う他方の電極６と電気的に接続されている。
【００２１】
次に、前述した発光素子実装用ホーロー基板１１及びそれを用いた発光素子モジュール１０の製造方法を説明する。
まず、コア金属作製用の低炭素鋼板などを用意し、これを適当な形状に切り出し、さらに機械加工を施して反射カップ部７を形成し、コア金属４を作製する。
次に、前記コア金属４を、ガラス粉末を適当な分散媒に分散した液中に浸漬し、近傍に対向電極を配置し、コア金属４と該対向電極間に電圧を印加し、ガラス粉末をコア金属４の表面に電着させる。電着後、液中からコア金属４を引き上げて乾燥し、加熱炉に入れて所定温度域で加熱し、コア金属４の表面にガラス粉末を焼き付けて、薄く均一なホーロー層５を形成する。
次に、スクリーン印刷などの方法によって電極形成パターンに沿って銀ペーストや銅ペーストを印刷し、その後焼き付けして電極６を形成する。
以上の各工程を行うことで、図２に示す発光素子実装用ホーロー基板１１が得られる。
【００２２】
次に、前記のように作製した発光素子実装用ホーロー基板１１の反射カップ部７底面上に、ダイボンディングによって発光素子１２を実装し、次にワイヤボンディングを行い、金線８によって発光素子１２と電極６とを電気的に接続する。その後、反射カップ部７内に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透明樹脂、あるいは透明樹脂に適当な蛍光体を混ぜたものを注入し、硬化させ、樹脂封止を行う。これによって、図３に示す発光素子モジュール１０が得られる。
【００２３】
本実施形態の発光素子モジュール１０は、前述した剛性に優れた発光素子実装用ホーロー基板１１に発光素子１２を実装してなるものなので、基板全体が折れ曲がるような応力が加わった場合の不点灯の発生率が低くなり、機械的な信頼性が高い。また、放熱性の良好なホーロー基板を用いているので、発光素子１２を多数実装することができ、高い光量が必要な分野など、発光素子モジュール１０の使用用途を広げることができる。
【実施例】
【００２４】
細長形状の低炭素鋼板（サイズは表１に示す）を準備し、基板中央部に図２に示すような反射カップ部となる溝を基板の長手方向に沿って設け、コア金属を作製した。溝のサイズは、底面幅４ｍｍ、スロープ部の角度４５°、深さ０．３ｍｍとした。加工はドリル加工により行った。
一方、ガラス粉末を２−プロパノールのような適当な分散媒に分散させたものを準備し、この分散液中に前記コア金属を入れ、そのコア金属と対極の位置に電極を入れ、前記コア金属と一定距離離間させて配置し、コア金属−電極間に通電することにより、コア金属にガラス粉末を電着させた。電着後、コア金属を分散媒から引き上げて乾燥し、その後、高温で焼き付けてホーロー層を形成してホーロー基板を得た。
次に、得られたホーロー基板上に回路印刷用の銀ペーストを形成するパターンに沿って塗布し、高温で焼き付けて電極を形成し、図２に示す発光素子実装用ホーロー基板を作製した。
【００２５】
［実施例１〜４］
窒化化合物半導体であるＧａＮ系の青色発光素子を銀ペーストと金線を用いて、図３に示すように基板上に実装した。発光素子は、基板の長手方向に沿って１００ｍｍの間隔で１９個配置した。発光素子は３００μｍ角であり、電子回路構成は全部の発光素子が並列回路となるようにした。溝の形状は同じとし、表１中に示すように基板のサイズ、厚みを変更した基板を用いて実施例１〜４の発光素子モジュールを作製した。
反射カップの寸法は、底面直径がφ１．５ｍｍ、傾斜部の角度が４５°、深さが０．５ｍｍとした。
【００２６】
［比較例１〜３］
同様のホーロー基板を用い、表１中の比較例１〜３に示すように、基板のサイズ、厚みを変更した基板を用いて発光素子モジュールを作製した。
【００２７】
［比較例４，５］
図４に示すように、アルミ板２０上に絶縁膜２１を設け、絶縁膜２１上に電極２２を形成し、その上に反射体２３を設けたアルミ積層基板を作製し、この上に実施例と同様に発光素子を実装した。基板のサイズは表１の比較例４，５に記した通りとした。
【００２８】
［耐曲げ性評価］
前記実施例１〜４、比較例１〜５のそれぞれの発光素子モジュールの耐曲げ性を測定した。耐曲げ性の評価は、図５に示すように、基板の一端部を把持し、他端部に１０ｋｇｆの加重をかけ、その後発光素子モジュールを点灯させ、曲げ試験後の点灯状態（不点灯の有無、不点灯発生割合）を調べた。結果を表１に記す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示すように、一定の厚みがあるホーロー基板を用いた場合には、曲げ試験後に不点灯を生じ無いことを確認した（実施例１〜４）。
一方、比較例４，５のように、板厚の薄いアルミ積層基板の場合、一部の発光素子が不点灯になることが確認された。この点灯しなかった原因を調査した結果、その全てが金線の断線であった。
また、基板縦横比が本発明の範囲外であるか、または基板が薄いホーロー基板を用いた比較例１〜３についても、一部の発光素子が不点灯になることが確認された。この点灯しなかった原因を調査した結果、その全てが金線の断線であった。これは、基板が曲げられることにより、その基板の曲がる量に応じて、金線の変位量が大きくなった結果と言える。
本発明に係る実施例では、剛性の高いコア金属を用いることにより、荷重が加わった場合に基板の変位量が小さくなるため、金線の破断が発生に難くなると言える。また、基板の縦横比を変量した場合は、基板の縦横比が２０倍以下の場合に効果があることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のＬＥＤモジュールを例示する斜視図である。
【図２】本発明の発光素子実装用ホーロー基板の一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の発光素子モジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図４】比較例で作製したアルミ積層基板の断面図である。
【図５】実施例で行った基板の耐曲げ性評価試験の方法を説明する構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
４…コア金属、５…ホーロー層、６…電極、７…反射カップ部、８…金線、１０…発光素子モジュール、１１…発光素子実装用ホーロー基板、１２…発光素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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